En stjerne er et massivt selvlysende himmellegeme , bestående af gas og plasma , hvor termonukleære reaktioner forekommer, har fundet sted eller vil forekomme . Den nærmeste stjerne på Jorden er Solen , andre stjerner på nattehimlen ligner punkter med forskellig lysstyrke og bevarer deres relative position . Stjerner adskiller sig i struktur og kemisk sammensætning, og parametre som radius , masse og lysstyrke kan variere med størrelsesordener for forskellige stjerner .
Det mest almindelige skema til klassificering af stjerner - efter spektraltyper - er baseret på deres temperatur og lysstyrke . Derudover skelnes blandt stjernerne variable stjerner , som ændrer deres tilsyneladende lysstyrke af forskellige årsager, med deres eget klassifikationssystem . Stjerner danner ofte gravitationsbundne systemer: binære eller multiple systemer , stjernehobe og galakser . Over tid ændrer stjerner deres egenskaber, da termonuklear fusion finder sted i deres dybder, som følge af hvilken den kemiske sammensætning og masse ændres - dette fænomen kaldes stjernernes udvikling , og afhængigt af stjernens begyndelsesmasse kan det foregå på helt andre måder .
Udsigten til stjernehimlen har tiltrukket mennesker siden oldtiden, myter og legender fra forskellige folk var forbundet med synet af konstellationer eller individuelle lyskilder på den , og det afspejles stadig i kulturen . Siden de første civilisationers tid har astronomer udarbejdet kataloger over stjernehimlen , og i det 21. århundrede findes der mange moderne kataloger, der indeholder forskellige oplysninger om hundreder af millioner af stjerner .
Der er ingen almindeligt accepteret definition af en stjerne. I de fleste definitioner betragtes massive selvlysende objekter bestående af gas eller plasma [1] for stjerner , hvor der i det mindste på et eller andet evolutionsstadium (se nedenfor ) forekommer termonuklear fusion i deres kerner , hvis kraft er sammenlignelig til deres egen lysstyrke [2] [3] .
Næsten alle stjerner observeres fra Jorden som punktobjekter, selv når man bruger teleskoper med høj forstørrelse - undtagelsen er kun en lille del af stjernerne, hvis vinkeldimensioner overstiger opløsningen af de største instrumenter, såvel som Solen [4 ] . I alt er der omkring 6.000 stjerner på himlen, der kan ses med det blotte øje under gode forhold, og op til 3.000 stjerner placeret over horisonten kan observeres samtidigt. Stjernernes indbyrdes position (undtagen Solen), i modsætning til Månen og andre objekter i solsystemet , ændrer sig meget langsomt: den største egenbevægelse af en stjerne , som er registreret i Barnards stjerne , er omkring 10 " om året, og for de fleste stjerner overstiger den ikke 0, 05′′ om året [5] . For at kunne bemærke stjernernes bevægelse uden præcise målinger, er det nødvendigt at sammenligne stjernehimlens udseende med et interval på tusinder af år. I denne henseende er stjerner siden oldtiden blevet forenet til stjernebilleder , og i begyndelsen af det 20. århundrede godkendte Den Internationale Astronomiske Union opdelingen af himlen i 88 stjernebilleder og grænserne for hver af dem [6] [7] [8] .
Tilsyneladende størrelse er et mål for mængden af lys produceret af stjerner. Denne værdi er lineært relateret til belysningens logaritme , og jo større belysningen er, desto mindre er størrelsen. Så for eksempel er Solens tilsyneladende størrelse −26,72 m , og den klareste stjerne på nattehimlen er Sirius med en tilsyneladende størrelsesorden på −1,46 m . Ikke desto mindre er der mange stjerner med en meget større lysstyrke end Sirius, men for jordiske observatører forekommer de svagere på grund af deres store afstand [9] [10] .
Afstande til stjerner måles ved forskellige metoder. Afstandene til de nærmeste stjerner måles ved hjælp af den årlige parallaksemetode . For eksempel er den nærmeste stjerne på Jorden efter Solen Proxima Centauri , dens parallakse er cirka 0,76′′, derfor fjernes den i en afstand af 4,2 lysår . Dens størrelse er dog +11,09 m , og den er ikke synlig med det blotte øje [11] . For at måle afstanden til fjernere stjerner bruges andre metoder, for eksempel den fotometriske metode: hvis man ved hvad stjernens absolutte lysstyrke er, så kan man ved at sammenligne den med belysningen bestemme afstanden til stjernen. Et sæt metoder til at bestemme afstande, herunder til stjerner, danner en skala over afstande i astronomi [12] .
Stjerners emissionsspektre varierer, men oftest er de kontinuerlige spektre med absorptionslinjer . I nogle tilfælde observeres emissionslinjer på baggrund af det kontinuerte spektrum [13] . For at beskrive stjernespektre bruges ofte begrebet en sort krop , der udstråler elektromagnetiske bølger i henhold til Plancks lov , selvom ikke alle stjerner har spektre, der ligner Plancks. Temperaturen på et absolut sort legeme med samme radius og lysstyrke som stjernen kaldes stjernens effektive temperatur, og som regel er det denne temperatur, der menes med stjernens overfladetemperatur. Normalt ligger stjernernes effektive temperaturer i området fra 2-3 til 50 tusinde Kelvin [6] [14] [15] .
Parametrene for stjerner varierer over et meget bredt område. Ofte er deres egenskaber udtrykt i soltermer: for eksempel er Solens masse ( M ⊙ ) 1,99⋅10 30 kg, Solens radius ( R ⊙ ) er 6,96⋅10 8 m, og solens lysstyrke ( L) ⊙ ) er 3, 85⋅10 26 W [6] . Nogle gange bruges absolut stjernestørrelse som et mål for lysstyrken : den er lig med den tilsyneladende stjernestørrelse af en stjerne, som den ville have, idet den er i en afstand af 10 parsec fra observatøren [16] .
Normalt varierer stjernernes masser fra 0,075 til 120 M ⊙ , selvom der nogle gange er armaturer med en større masse - en stjerne med den maksimalt kendte masse, R136a1 , er 265 gange mere massiv end Solen , og under dannelsen var dens masse 320 M ⊙ [1] . Det er kun muligt at måle massen af en stjerne med høj nøjagtighed, hvis den tilhører et visuelt-binært system (se nedenfor ), hvortil afstanden er kendt, - så bestemmes massen ud fra loven om universel gravitation [17] . Stjernernes radier er normalt placeret i området fra 10 −2 til 10 3 R ⊙ , men på grund af det faktum, at de er for langt fra Jorden, er deres vinkelstørrelser ikke nemme at bestemme: til dette kan interferometri bruges , for eksempel [4] . Endelig kan stjernernes absolutte lysstyrke variere fra 10 −4 til 10 6 L ⊙ [1] [6] [18] . Supergiganter har de højeste lysstyrker og radier [19] : for eksempel har stjernerne UY Scuti og Stephenson 2-18 nogle af de største kendte radier, som er omkring 2⋅10 3 R ⊙ [20] [21] [22] , og den højeste lysstyrke har R136a1, også den mest massive kendte stjerne [23] .
Den kemiske sammensætning af stjerner varierer også. De består hovedsageligt af brint og helium , og hos unge stjerner udgør brint 72-75 % af massen, og helium - 24-25 %, og andelen af helium stiger med alderen [6] .
Alle stjerner har et magnetfelt . For eksempel, nær Solen, er den ustabil, har en kompleks struktur, og dens intensitet i pletter kan nå 4000 oersteds . Magnetiske stjerner har felter op til 3,4⋅10 4 oersted og Zeeman-effekten forårsaget af dem [24] .
Det er kendt fra observationer, at stjerner som regel er stationære, det vil sige, at de er i hydrostatisk og termodynamisk ligevægt . Dette gælder også for variable stjerner (se nedenfor ), da deres variabilitet oftest er udsving i parametre i forhold til ligevægtspunktet. For at overføre stråling skal loven om energibevarelse være opfyldt , da energi genereres i den centrale del af stjernen og overføres til dens overflade [1] [25] [26] .
I de fleste stjerner adlyder stof den ideelle gasligning for tilstand , og værdierne af sådanne parametre som temperatur, tæthed og stoftryk stiger, når du nærmer dig stjernens centrum: for eksempel i midten af Solen, temperaturen når 15,5 millioner kelvin, og massefylden er 156 g/cm 3 , og trykket er 2⋅10 16 Pa [1] [27] .
Intern strukturI stjernens indre områder frigives energi og overføres til overfladen. Energi i stjerner, med undtagelse af protostjerner og brune dværge , produceres ved termonuklear fusion (se nedenfor ), som forekommer enten i stjernens kerne , hvor temperatur og tryk er maksimalt, eller i en lagkilde omkring en inert kerne . En sådan situation opstår for eksempel i subgiganter , hvis kerner består af helium, og betingelserne for dets forbrænding er endnu ikke nået. Ved Solen er kernens grænse placeret i en afstand af 0,3 R ⊙ fra dens centrum [28] .
Der er to hovedmekanismer for energioverførsel i stjerner: strålingsoverførsel, som opstår, når stoffet er gennemsigtigt nok til, at fotoner hurtigt kan overføre energi , og konvektion , som opstår, når stoffet er for uigennemsigtigt til strålingsoverførsel, hvilket forårsager en tilstrækkelig høj temperatur gradient, og stoffet begynder at blande sig. De områder af en stjerne, hvori energi overføres på den ene eller anden måde, kaldes henholdsvis den strålingsoverførselszone og den konvektive zone [29] .
I forskellige stjerner er den strålingsoverførselszone og den konvektive zone placeret forskelligt. For eksempel er kernen i hovedsekvensstjerner med en masse større end 1,5 M ⊙ omgivet af en konvektiv zone, mens den strålingstransportzone er placeret udenfor. I masseområdet fra 1,15 til 1,5 M ⊙ har stjerner to konvektionszoner i midten og på grænsen, som er adskilt af en strålingstransportzone. I stjerner med en lavere masse er der en konvektiv zone udenfor, og en strålingsoverførselszone indeni - Solen hører også til sådanne stjerner, grænsen for disse områder er placeret i en afstand af 0,7 R ⊙ fra dens centrum [30] . De mest lavmassestjerner er fuldt konvektive [31] [32] .
Atmosfærer af stjernerStjerneatmosfæren er det område, hvor direkte observeret stråling dannes [33] .
Mange stjerner har en stjernevind - en stationær udstrømning af stof fra atmosfæren til rummet. Den kraftigste stjernevind observeres i massive stjerner; i lavmassestjerner bortfører den en lille del af massen, men over tid bremser den deres rotation omkring aksen betydeligt. Tilstedeværelsen af en stjernevind betyder, at stjernens atmosfære er ustabil [38] .
Det første vellykkede forsøg på at klassificere stjerner blev lavet i 1863 af den italienske astronom og præst Angelo Secchi . Han bemærkede en stærk sammenhæng mellem stjernernes synlige farver og absorptionslinjerne i deres spektre, og ud fra dette inddelte han stjernerne i fire spektralklasser , hvortil en femte senere blev tilføjet. Senere, da de kompilerede Henry Drapers katalog , identificerede astronomer ved Harvard Observatory et stort antal spektre, navngivet med latinske bogstaver i rækkefølge efter svækkelse af brintlinjerne i dem . Dette system, med modifikationer, dannede grundlaget for det system til klassificering af stjerner, der bruges til i dag [39] [40] [41] .
Det ville være naturligt at klassificere stjerner efter typen af termonukleære reaktioner, der foregår i dem , og deres position, som igen afhænger af deres udviklingstrin (se nedenfor ). Men uden tilstedeværelsen af en passende teori er det umuligt at afgøre, hvilke reaktioner der finder sted i en stjerne, hvis kun dens ydre karakteristika er kendt, for eksempel farve og lysstyrke, derfor er det den spektrale klassificering, der er blevet almindeligt accepteret [42 ] .
Systemet til klassificering af stjerner, der stadig er i brug i dag, blev udviklet ved begyndelsen af det 19. og 20. århundrede ved Harvard Observatory og blev kaldt Harvard-systemet. En stjernes tilhørsforhold til en eller anden spektralklasse bestemmes af typen af dens spektrum: positionen af emissionsmaksimum og intensiteten af visse absorptionslinjer [41] .
Da "spektralklasse - lysstyrke"-diagrammet, kendt som Hertzsprung - Russell-diagrammet , blev bygget, viste det sig, at stjernerne er placeret inhomogent på det og er grupperet i flere områder, som hver blev tildelt en lysstyrkeklasse. Systemet, der bruger spektraltypen og lysstyrkeklassen, blev kendt som Yerk -systemet eller Morgan - Keenan -systemet efter navnene på de astronomer, der udviklede det [43] .
SpektralklasserDe vigtigste spektralklasser af stjerner i rækkefølge efter faldende temperatur er O, B, A, F, G, K, M. Til at begynde med blev klasserne navngivet alfabetisk efter svækkelsen af brintlinjer i dem, men derefter blev nogle klasser kombineret, og deres sammenhæng med temperaturen, derfor begyndte sekvensen i faldende temperaturrækkefølge at se sådan ud [41] . Hver af klasserne er opdelt i 10 underklasser fra 0 til 9 i rækkefølge efter faldende temperatur, bortset fra O: den blev oprindeligt opdelt i underklasser fra O5 til O9, men derefter blev underklasser indført op til O2 [44] . Nogle gange bruges halvheltalsunderklasser, såsom B0.5. Højere temperaturklasser og underklasser kaldes tidlig, lav temperatur - sen [45] [46] . Stjernerne er ekstremt ujævnt fordelt blandt klasserne: omkring 73 % af Mælkevejens stjerner tilhører M -klassen, omkring 15 % mere til K-klassen, mens 0,00002 % af O-klassens stjerner [47] .
Ud over de vigtigste spektralklasser er der yderligere. Klasserne C (nogle gange opdelt i R og N) og S er henholdsvis lavtemperatur- kulstof- og zirconiumstjerner [46] [16] . Klasserne L, T, Y er klasserne af brune dværge i faldende temperatur, der kommer efter klasse M [40] .
Klasse | Temperatur ( K ) [48] [49] [50] | Farve | Spektrum funktioner |
---|---|---|---|
O | > 30.000 | Blå | Der er linjer af multiple ioniserede atomer, for eksempel He II [51] , C III , N III , O III , Si V. Der er He I-linjer, HI- linjer er svage. |
B | 10.000—30.000 | hvid-blå | Intensiteten af He I-linjerne er maksimal, Ca II - linjerne vises , og O II-, Si II- og Mg II -linjerne er synlige . He II-linjerne er fraværende. |
EN | 7400—10.000 | hvid | Intensiteten af HI-linjerne er maksimal, Ca II-linjerne intensiveres, og linjerne af neutrale metaller vises. He I-linjerne forsvinder. |
F | 6000-7400 | gul hvid | Linjerne af Ca II og andre metaller, for eksempel Fe I , Fe II, Cr II , Ti II , øges, HI-linierne svækkes. |
G | 5000-6000 | Gul | Den maksimale intensitet af Ca II-linjerne, HI-linjerne svækkes. |
K | 3800-5000 | orange | Metallinjer observeres hovedsageligt, især Ca I. TiO- absorptionsbånd vises , HI-linjer er ubetydelige. |
M | 2500-3800 | Rød | Der er mange linjer af metaller og molekylære forbindelser, især TiO. |
C | 2500-3800 | Rød | Spektrene ligner dem for K- og M-stjerner, men i stedet for TiO-bånd observeres stærke absorptionsbånd af kulstofforbindelser . |
S | 2500-3800 | Rød | Spektrene ligner dem for klasse M-stjerner, men i stedet for TiO-båndene er der ZrO-bånd og andre molekylære absorptionsbånd. |
L | 1300-2500 | Mørkerød | Alkalimetallinjerne er udtalte , især Na I og KI , TiO-båndene forsvinder. |
T | 600-1300 | Mørkerød | CH4- og H2O - bånd er til stede . |
Y | < 600 | Mørkerød | NH 3 linjer vises . |
Nogle gange bruges klasserne W også for Wolf-Rayet stjerner , P for planetariske tåger og Q for nye stjerner [52] .
LysstyrkeklasserStjerner af samme spektraltype har lignende spektre og temperaturer, men kan have forskellige størrelser og som følge heraf lysstyrker. Derfor introduceres lysstyrkeklasser for fuldstændighed af klassificeringen, som hver optager sit eget område af Hertzsprung-Russell-diagrammet. Lysstyrkeklasser, fra lyseste til svagere [40] [53] :
Langt de fleste stjerner, 90 %, tilhører hovedsekvensen [54] . Solen er henholdsvis en gul hovedsekvensstjerne (eller blot en gul dværg ), dens spektraltype er G2V [40] .
Spektrene for stjerner af samme spektraltype, men forskellige lysstyrkeklasser, er også forskellige. For eksempel, i lysere stjerner af spektralklasse B–F, er brintlinjerne smallere og dybere end i stjerner med lavere lysstyrke. Derudover er linjerne af ioniserede grundstoffer stærkere i kæmpestjerner, og disse stjerner er i sig selv rødere end hovedsekvensstjerner af de samme spektraltyper [55] .
Yderligere notationerHvis spektret af en stjerne har nogle træk, der adskiller det fra andre spektre, tilføjes et ekstra bogstav til spektralklassen. For eksempel betyder bogstavet e, at der er emissionslinjer i spektret ; m betyder, at metallinjer er stærke i spektret. Bogstaverne n og s betyder, at absorptionslinjerne er henholdsvis brede eller smalle. Notationen neb bruges, hvis formen af spektret indikerer tilstedeværelsen af en tåge omkring stjernen, p for ejendommelige spektre [56] [57] .
Variabler er de stjerner, hvis lysstyrke ændrer sig nok til, at den kan detekteres med den aktuelle teknologi. Hvis variabiliteten er forårsaget af fysiske ændringer i stjernen, så kaldes den fysisk, og hvis belysningen skabt af stjernen kun ændres på grund af dens rotation eller dækning af andre objekter, kaldes den geometrisk. Fysisk og geometrisk variabilitet kan kombineres. Stjernens størrelse kan i dette tilfælde ændre sig både periodisk og ukorrekt [58] [59] [60] . Samtidig er variabilitet ikke en konstant karakteristik af en stjerne, men opstår og forsvinder på forskellige stadier af dens udvikling (se nedenfor ) og kan antage en anden karakter for den samme stjerne [61] .
I øjeblikket kendes hundredtusindvis af variable stjerner, også i andre galakser. Nogle typer variable stjerner, såsom cepheider eller supernovaer , bruges i astronomi som standardlys og tillader måling af afstande i rummet [58] [62] .
Klassificeringen af variable stjerner er kompleks og tager højde for formen af stjernens lyskurve , amplituden og frekvensen af dens ændringer og de fysiske processer, der forårsager variabilitet. I General Catalogue of Variable Stars , designet til at klassificere og katalogisere variabler, skelnes der i hundredvis af klasser af variable stjerner, men nogle stjerner hører stadig ikke til nogen af dem [58] [63] . Der er et særligt navngivningssystem for variable stjerner (se nedenfor ), og selve klasserne af variable er som regel opkaldt efter den stjerne, der blev prototypen for denne klasse - for eksempel prototypen af variabler af RR Lyra typen er stjernen RR Lyra [60] [64] .
Der kan skelnes mellem følgende hovedtyper af variable stjerner [60] :
En dobbeltstjerne er et system af to stjerner, der kredser om et fælles massecenter. Hvis et gravitationsbundet system omfatter flere stjerner, kaldes et sådant system for en multipel stjerne , og flere stjerner har som regel en hierarkisk struktur: for eksempel kan tredobbelte systemer bestå af en dobbeltstjerne og en enkelt stjerne ret fjernt fra det. Mere end halvdelen af alle stjerner tilhører binære og multiple systemer, og omdrejningsperioderne i dem kan variere fra flere minutter til flere millioner år. Binære stjerner tjener som den mest pålidelige kilde til information om stjerners masser og nogle andre parametre for stjerner [70] [71] .
Binære stjerner klassificeres normalt baseret på den metode, hvorved deres binære blev opdaget [70] [71] [72] :
Der skelnes også mellem tætte binære systemer - par af stjerner, hvor afstanden er sammenlignelig med deres størrelse. I sådanne systemer kan forskellige fænomener forårsaget af stjernernes interaktion observeres, for eksempel stofstrømmen fra en stjerne til en anden, hvis en eller begge stjerner fylder deres Roche-lap [70] [72] [73] .
Nogle gange er der par stjerner, der er tæt placeret i projektionen på himmelkuglen , men placeret i stor afstand fra hinanden og ikke forbundet med tyngdekraften. Sådanne par kaldes optiske binære filer [72] .
En stjernehob er en gruppe stjerner tæt placeret i rummet og beslægtet med deres oprindelse fra den samme molekylære sky . Det er almindeligt accepteret, at stjernehobe er opdelt i to typer - kugleformede og åbne [74] , men nogle gange anses stjernehobe også for at være stjernehobe . Stjernehobe er værdifulde for astronomi, fordi stjernerne i dem er placeret i samme afstand fra Jorden og dannet næsten samtidigt med næsten samme kemiske sammensætning. De adskiller sig således kun i den indledende masse, hvilket letter formuleringen af teorien om stjernernes udvikling [75] .
Kuglehobe er tætte og massive hobe, der har en sfærisk form og en øget koncentration af stjerner i midten af hoben. De indeholder fra 10 tusind til flere millioner stjerner, i gennemsnit - omkring 200 tusind, og deres diametre er 100-300 lysår . Sådanne hobe har en alder på omkring 10-15 milliarder år, derfor tilhører de population II og danner et sfærisk delsystem af galaksen (se nedenfor ). Stjerner i kuglehobe er fattige på metaller , da de er dannet for længe siden, og har små masser, da massive stjerner allerede har fuldført deres udvikling (se nedenfor ) [76] [75] [77] .
Åbne stjernehobe er mindre tætte end kuglehobe og indeholder færre stjerner - fra flere tiere til flere tusinde, i gennemsnit 200-300, er diametrene af sådanne hobe op til 50 lysår. I modsætning til kuglehobe er åbne hobe ikke så stærkt bundet af tyngdekraften og har en tendens til at gå i opløsning inden for en milliard år efter dannelsen. Sådanne hobe tilhører population I og er koncentreret til den galaktiske skive , og i selve hobene er der mange massive og klare stjerner [78] [75] [77] .
Stjerneassociationer er endnu mere sjældne grupper af stjerner med en samlet masse på mindre end 1000 M ⊙ og en diameter på op til 700 lysår [79] . De er meget svagt bundet af tyngdekraften, så de henfalder inden for 10 millioner år efter dannelsen. Det betyder, at de er sammensat af meget unge stjerner [80] [75] [81] .
Galakser er systemer af stjerner og interstellart stof , hvoraf den største kan indeholde hundreder af milliarder af stjerner og har radier på op til 30 kiloparsec . Stjerner er ujævnt fordelt i galakser: Unge, metalrige population I-stjerner udgør en flad komponent af galaksen, der observeres som en galaktisk skive, mens gamle og metalfattige population II-stjerner danner en sfærisk komponent, som er stærkt koncentreret mod galaksens centrum [82] [83] [84] .
Fire hovedtyper af galakser identificeret af Edwin Hubble i 1925 [85] [86] :
Stjernernes fysiske og observerbare parametre er ikke konstante, for på grund af de termonukleære reaktioner, der foregår i dem , ændres stjernens sammensætning, massen falder, og der udsendes energi. Ændringen i en stjernes karakteristika over tid kaldes en stjernes udvikling , denne proces foregår forskelligt for stjerner med forskellig begyndelsesmasse [87] . Ofte taler man i sådanne tilfælde om "en stjernes liv", som begynder når kernereaktioner bliver stjernens eneste energikilde og slutter når reaktionerne ophører [88] [89] [90] . En stjernes levetid, afhængigt af den oprindelige masse, varierer fra flere millioner til titusinder af billioner af år [91] [92] . I løbet af deres levetid kan variabilitet opstå og forsvinde i stjerner [61] , og en stjernes udvikling kan påvirkes af dens tilhørsforhold til et tæt binært system [93] .
På forskellige stadier af stjernernes udvikling finder forskellige termonukleære reaktioner sted i dem . Den vigtigste, energimæssigt effektive og langtidsholdbare af dem - proton-proton-cyklussen og CNO-cyklussen , hvor en heliumkerne er dannet af fire protoner - forekommer i kernerne af hovedsekvensstjerner [94] [95] .
I tilstrækkeligt massive stjerner syntetiseres tungere grundstoffer på senere stadier af evolutionen: først kulstof i den tredobbelte heliumproces , og i de tungeste stjerner tungere grundstoffer op til jern - yderligere nukleosyntese forekommer ikke, da det er energetisk ugunstigt [96 ] [95] . Grundstoffer, der er tungere end jern, kan dog produceres i det, der er kendt som eksplosiv nukleosyntese , som opstår, når en stjerne mister sin hydrostatiske ligevægt, såsom ved supernovaeksplosioner [97] .
Stjerner er dannet af kolde, forkælede skyer af interstellar gas , som begynder at skrumpe på grund af den resulterende gravitationelle ustabilitet . I starten kan kun skyer med stor masse begynde at kollapse, men i processen opdeles de i mindre kompressionsområder, som hver især allerede bliver en separat stjerne. Af denne grund dannes stjerner altid i grupper: som en del af stjerneassociationer eller stjernehobe [98] . Efter at en hydrostatisk ligevægtskerne er dannet i en sky, begynder den at blive betragtet som en protostjerne . Protostjernen skinner på grund af kompression, først i det fjerne infrarøde, derefter varmes op og bliver synlig i det optiske område. Dette stadie kan vare fra 10 5 år for de største stjerner til 10 9 år for de mindst massive [99] [100] [101] . På dette tidspunkt dannes der også protoplanetariske skiver omkring stjernen, som efterfølgende kan udvikle sig til planetsystemer [102] . Derefter opvarmes stjernens indre, hvis dens masse er mere end 0,075 M ⊙ , nok, og heliumsyntese fra brint begynder i den: på dette tidspunkt bliver stjernen en fuldgyldig hovedsekvensstjerne. Hvis massen er mindre end 0,075 M ⊙ , så bliver protostjernen en brun dværg , hvor termonuklear fusion kan finde sted i nogen tid, men hovedparten af energien frigives på grund af kompression [1] [3] .
Efter syntesen af helium fra brint begynder i en stjerne, bliver den en hovedsekvensstjerne og tilbringer det meste af sit liv i denne tilstand - 90 % af stjernerne, inklusive Solen, tilhører hovedsekvensen [54] .
Karakteristikaene for hovedsekvensstjerner afhænger primært af masse og i meget mindre grad af alder og den oprindelige kemiske sammensætning: Jo større masse en stjerne er, jo større er dens temperatur, radius og lysstyrke, og jo kortere levetid på hovedstjernen. rækkefølge. Så for eksempel vil en stjerne med en masse på 0,1 M ⊙ have en lysstyrke på 0,0002 L ⊙ , en temperatur på 3000 K og en spektraltype M6, og en stjerne med en masse på 18 M ⊙ vil have en lysstyrke på 30.000 L ⊙ , en temperatur på 33.000 K og spektral type O9,5 [92] . De tungeste stjerner har en levetid i hovedsekvensen på omkring et par millioner år, mens stjernerne med den laveste masse har en levetid på omkring 10 billioner år, hvilket overstiger universets alder [54] [103] . Population II - stjerner med en lav overflod af tunge grundstoffer, som også syntetiserer helium i kernen, er flere gange svagere end hovedsekvensstjerner af samme spektraltype og kaldes subdværge [104] .
Hovedsekvensfasen slutter, når der er for lidt brint tilbage i stjernens kerne, og dens forbrænding ikke kan fortsætte i samme tilstand. Forskellige stjerner opfører sig derefter forskelligt [105] .
I de fleste stjerner ophobes helium i kernen, og der er mindre og mindre brint tilbage. Som et resultat begynder brint at brænde i en lagkilde omkring kernen, og selve stjernen passerer først til subgigantstadiet og derefter til den røde kæmpegren , afkøles, men multiplicerer dens størrelse og lysstyrke [105] .
Undtagelsen er stjerner med en masse mindre end 0,2 M ⊙ : de er fuldstændig konvektive, og helium i dem er fordelt i hele volumen. Ifølge teoretiske modeller opvarmes de og krymper og bliver til blå dværge og derefter til heliumhvide dværge (se nedenfor ) [103] [106] .
I stjerner med større masse begynder heliumforbrænding på et bestemt tidspunkt . Hvis stjernens masse er mindre end 2,3 M⊙ , lyser den eksplosivt - der opstår et heliumglimt , og stjernen er på den vandrette gren . Med en større masse antændes helium gradvist, og stjernen går gennem en blå sløjfe . Når kulstof og ilt ophobes i kernen, og der er lidt helium tilbage, begynder kernen at skrumpe, og stjernen går over til den asymptotiske kæmpegren – processerne her ligner dem, der sker i stjerner på den røde kæmpegren. For stjerner med en masse mindre end 8 M ⊙ , er dette stadie det sidste: de smider deres skaller og bliver hvide dværge sammensat af kulstof og ilt [107] [108] .
I mere massive stjerner begynder kernen at skrumpe, og stjernen bliver en supergigant . I den begynder termonukleare reaktioner, der involverer kulstof - for stjerner med en masse på 8-10 M ⊙ som følge af en kulstofdetonation og gradvist for mere massive stjerner. Snart kan reaktioner med tungere grundstoffer, op til jern, begynde, og der dannes mange lag bestående af forskellige grundstoffer i stjernen. Derefter kan stjernen enten kaste skallen af sig, blive en hvid dværg, bestående af oxygen, neon eller magnesium , eller eksplodere som en supernova, og så vil en neutronstjerne eller et sort hul forblive fra den [107] [108] .
Der er tre typer objekter, som en stjerne kan blive til i slutningen af sin levetid [109] .
Hvide dværge er genstande af degenereret stof med en masse i størrelsesordenen af solen, men 100 gange mindre radier. Stjerner med en begyndelsesmasse på mindre end 8-10 M ⊙ bliver til hvide dværge og taber skallen, der observeres som en planetarisk tåge . Hvide dværge genererer ikke energi, men de udstråler kun på grund af den høje temperatur inde i dem: de varmeste af dem har temperaturer på omkring 70.000 K , men køler gradvist ned og bliver til sorte dværge [107] [109] .
Neutronstjerner dannes, hvis massen af en stjernes degenererede kerne overstiger Chandrasekhar - grænsen - 1,46 M⊙ . I dette tilfælde sker sammenbruddet af kernen med neutronisering af stof, hvor der opstår en supernovaeksplosion . Med en neutronstjernemasse lig med 2 M ⊙ vil dens radius være omkring 10 km [107] [109] [110] .
Et sort hul dannes, hvis massen af kernen overstiger Oppenheimer-Volkov-grænsen , svarende til 2-2,5 M ⊙ . Den resulterende neutronstjerne viser sig at være ustabil, og kollapset vil fortsætte: yderligere stabile konfigurationer er ukendte. På et tidspunkt bliver kernens radius mindre end Schwarzschilds radius , hvor den anden kosmiske hastighed bliver lig med lysets hastighed , og et sort hul med stjernemasse fremkommer [107] [109] .
Lister over stjerner, der indeholder information om dem, såsom himmelkoordinater , egenbevægelser , størrelser eller spektraltyper , er kendt som stjernekataloger. Nogle kataloger indeholder oplysninger om stjerner af en bestemt type: for eksempel kun om binære eller variable . Strasbourg Centre for Astronomical Data er ansvarlig for lagring, systematisering og formidling af data om stjernekataloger . Blandt moderne stjernekataloger kan følgende skelnes [111] [112] [113] :
Fra gammel tid fik stjernerne deres egne navne (se nedenfor ), men med udviklingen af astronomi opstod et behov for en streng nomenklatur. Indtil 2016 var der ingen officielle egennavne for stjerner, men for 2020 er 336 egennavne blevet godkendt af Den Internationale Astronomiske Union [116] [117] .
Bayer-notation , introduceret i 1603 af Johann Bayer , var den første, der blev brugt, med nogle modifikationer, den dag i dag. I hans katalog er de klareste stjerner i hvert stjernebillede opkaldt efter et græsk bogstav og navnet på stjernebilledet. Normalt, selvom ikke i alle tilfælde, modtog den klareste stjerne i stjernebilledet bogstavet α, den anden - β og så videre. Hvis der var flere stjerner i stjernebilledet end bogstaver i det græske alfabet , bruges bogstaverne i det latinske alfabet: først små bogstaver fra a til z, derefter store bogstaver fra A til Z. For eksempel den klareste stjerne i stjernebilledet Leo - Regulus - har betegnelsen α Leo [116] .
Et andet meget brugt system, Flamsteeds betegnelser, dukkede op i 1783 og er baseret på John Flamsteeds katalog udgivet i 1725, efter hans død. I den er hver stjerne i stjernebilledet tildelt et nummer i rækkefølgen af stigende højre ascension . Et eksempel på et sådant navn er 61 Cygnus [116] .
Under alle omstændigheder er stjernerne også betegnet med navnet på det katalog, hvori de er markeret, og nummeret i det. For eksempel er Betelgeuse i forskellige kataloger betegnet HR 2061, BD +7 1055, HD 39801, SAO 113271 og PPM 149643 [116] .
For binære eller multiple stjerner , variabler , såvel som nye eller supernovaer , bruges en anden notation [116] :
Siden oldtiden har folk været opmærksomme på himlen og bemærket forskellige grupper af stjerner på den. Den ældste klippekunst i Pleiadernes åbne stjernehob , opdaget i Lascaux-hulen , går tilbage til det 18.-15. årtusinde f.Kr. [119] . Nogle af stjernebillederne beskrevet i de sumeriske stjernekataloger har overlevet til denne dag , og af de 48 stjernebilleder beskrevet af Ptolemæus i det 2. århundrede e.Kr. e. 47 er inkluderet i listen over 88 konstellationer godkendt af International Astronomical Union [120] [121] . Nogle klare stjerner fik deres egne navne, som også var forskellige i forskellige kulturer - de arabiske navne var de mest almindelige [117] .
Stjernehimlen blev også brugt til anvendte formål. I det gamle Ægypten blev årets begyndelse betragtet som dagen for den første spiralformede opstandelse af Sirius [122] . Sømænd fra den minoiske civilisation , som eksisterede fra det tredje årtusinde f.Kr. e. vidste, hvordan man bruger stjernerne til navigation [123] .
Astronomi modtog en betydelig udvikling i det antikke Grækenland . Datidens mest berømte stjernekatalog blev udarbejdet af Hipparchus i det 2. århundrede f.Kr. e.: den indeholdt 850 stjerner, opdelt i 6 klasser efter lysstyrke - senere blev denne opdeling til et moderne system af stjernestørrelser [124] . Hipparchus var også den første til pålideligt at opdage en variabel stjerne , nemlig en nova omkring 134 f.Kr. e [125] . Derefter opdagede astronomer regelmæssigt nye stjerner og supernovastjerner: i Kina i løbet af X-XVII århundreder e.Kr. e. 12 novaer og supernovaer er blevet opdaget . Blandt dem var supernovaen fra 1054, som fødte Krabbetågen [122] . Variable stjerner af andre typer begyndte dog at blive opdaget meget senere: den første af dem var Mira , hvis variation blev opdaget i 1609 af David Fabricius [62] .
Samtidig vidste man lidt om selve stjernerne: især blev de anset for at være placeret på en meget fjern kugle af fiksstjerner selv efter den kopernikanske revolution - dette blev lettet af en stor afstand til stjernerne, pga. det var umuligt at bemærke nogen af deres relative bevægelser [126] , og formodninger om, at fjerne stjerner faktisk ligner Solen , dukkede kun op og blev oftere begrundet filosofisk. For første gang forsøgte Christian Huygens at estimere afstanden til stjernerne i 1695 : han fik afstanden til Sirius lig med 0,5 lysår , mens han estimerede afstanden fotometrisk. I 1718 opdagede Edmund Halley Aldebarans , Sirius og Arcturus ' rigtige bevægelser . Samtidig forsøgte astronomer at opdage stjerneparallakser , men de manglede nøjagtigheden af deres målinger. Ikke desto mindre førte disse forsøg til andre opdagelser: Især i 1802-1803 var William Herschel i stand til at bevise, at mange dobbeltstjerner er fysiske par og ikke optiske dobbeltstjerner. For første gang var stjerneparallaksen i 1818-1821 i stand til at måle for to stjerner Vasily Yakovlevich Struve , og for en af dem - Altair - viste værdien sig at være meget tæt på den moderne værdi, selvom Struve ikke selv var sikker på nøjagtigheden af resultatet. I 1837 målte han også Vegas parallakse , og resultaterne fra andre astronomer fulgte snart [122] .
Langt fra sandheden var ideer om stjernernes natur - det første skridt hen imod undersøgelsen var opfindelsen af spaltespektrografen og udviklingen af spektralanalyse . Fraunhofer-linjer blev opdaget i 1815, selvom Isaac Newton studerede Solens spektrum så tidligt som i 1666. Allerede i 1860'erne blev sammensætningen af forskellige stjerners atmosfærer, herunder Solen, bestemt, og samtidig foreslog Gustav Kirchhoff eksistensen af stjernefotosfærer , hvor der skulle dannes et kontinuerligt spektrum [39] . Et andet spørgsmål, der optog videnskabsmænd, var kilden til stjerneenergi: ved begyndelsen af det 19. og 20. århundrede var ideen populær om, at stjerner skinner, fordi de frigiver energi under gravitationssammentrækning. Problemet med denne hypotese var, at en sådan mekanisme ifølge beregninger skulle have været nok for Solen i 10 7 år, mens Jorden ifølge geologisk information har eksisteret i mindst 10 9 år. Efter opdagelsen af radioaktivitet forsøgte James Jeans at forklare stjernernes lys for hende, men denne idé kunne heller ikke forklare et så langt liv for Solen; han ejede også hypotesen om, at energi frigives på grund af udslettelse . Endelig, i 1920, foreslog Arthur Eddington , at energi frigives, når brintkerner omdannes til heliumkerner , og selvom han ikke vidste præcis, hvordan denne transformation foregår, viste dette gæt sig i sidste ende at være korrekt - allerede i slutningen af 1930'erne , proton-proton og CNO-cyklusser af hydrogen-helium omdannelse. Efter at kilden til stjerneenergi var blevet bestemt, begyndte teorier om stjernernes udvikling at udvikle sig , hvilket gjorde det muligt at forklare stjernernes tilsyneladende mangfoldighed og deres fordeling på Hertzsprung-Russell-diagrammet [122] .
Forskellige folkeslag identificerede forskellige asterismer og stjernebilleder , men i næsten alle kulturer blev stjernerne i Ursa Major , Orion og Plejaderne forenet i stjernebilleder . Ofte var de observerede skikkelser på himlen forbundet med bestemte billeder, genstande eller dyr, som forskellige folkeslag associerede med deres myter og legender. Mange moderne konstellationer forbindes netop med oldgræsk mytologi [127] [128] . Stjernehimlen og stjernerne i den blev i mange tidlige civilisationer opfattet som guddommelige entiteter - formodentlig opstod denne idé i Mesopotamien og spredte sig derfra over hele verden. Der opstod også astrologi , som indtil moderne tid ikke var adskilt fra astronomi [129] [130] .
Udsigten til stjernehimlen afspejles også i mere moderne kulturværker. For eksempel er nocturne en malestil, der er karakteriseret ved billedet af nattescener, især nattehimlen: et af de mest berømte malerier af denne genre er Vincent van Goghs Stjernenat . Forskellige skønlitterære værker er også dedikeret til stjernerne , og science fiction beskæftiger sig ofte med specifikke stjerner eller stjernesystemer [131] [132] [133] .
Stjerner ses ofte i en mere symbolsk betydning: på forskellige sprog har ordet "stjerne" mange billedlige betydninger. Et skematisk billede af en stjerne findes på flagene fra mere end 40 lande, hvoraf mange er islamiske : i denne religion er stjernen og halvmånen et symbol på fred og liv. Stjerner spiller også en vigtig rolle i andre religioner: for eksempel i kristendommen er historien om Betlehemsstjernen bredt kendt [131] .
Tematiske steder | ||||
---|---|---|---|---|
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
|
Stjerner | |
---|---|
Klassifikation | |
Substellære objekter | |
Udvikling | |
Nukleosyntese | |
Struktur | |
Ejendomme | |
Beslægtede begreber | |
Stjernelister |